王國輝
(上海梅山鋼鐵股份有限公司，南京 210039)
摘 要: 介紹了梅鋼 JNX3 －70 －1 型 7 m 焦?fàn)t分別采用正壓與負(fù)壓烘爐方法進(jìn)行焦?fàn)t烘爐開工的應(yīng)用情況。對比了 2 種烘爐方法及其應(yīng)用效果，并分析與探討了在現(xiàn)行高環(huán)保要求下對生產(chǎn)單位熱態(tài)工程工作的影響。
關(guān)鍵詞: 7 m 焦?fàn)t; 正壓烘爐; 負(fù)壓烘爐
上海梅鋼煉鐵廠 7 m 焦?fàn)t是中冶焦耐開發(fā)設(shè)計的具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的焦?fàn)t，于 2010 年 3 月投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計年產(chǎn)焦炭 150 萬 t。投產(chǎn)后，焦?fàn)t的各項指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)焦?fàn)t，得到同行業(yè)的認(rèn)可，從而在后續(xù)頂裝焦?fàn)t升級改造中成為主流爐型。
烘爐是焦?fàn)t建設(shè)投產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，熱態(tài)工程更是時間緊、任務(wù)重，對焦?fàn)t壽命影響較大。梅鋼 7 m 焦?fàn)t先后采用負(fù)壓烘爐與正壓烘爐 2種不同的烘爐方式進(jìn)行烘爐，本文就實際應(yīng)用情況 作詳細(xì)介紹與對比分析。
1 基本情況
梅鋼 7 m 焦?fàn)t為 2 ×60 孔 JNX3－70－1 型復(fù)熱式單集氣管三吸氣管頂裝焦?fàn)t，其特點為: 復(fù)熱式、蓄熱室分格、雙聯(lián)火道、廢氣循環(huán)、焦?fàn)t煤氣下噴、空氣側(cè) 入、高向分三段加熱; 炭化室有效容積為 55． 6 m3 ; 每孔炭化室焦炭產(chǎn)量為 31． 6 t; 設(shè)計焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時間為 22 h; 年產(chǎn)干全焦為 150 萬 t; 焦?fàn)t耐材主要為硅磚、黏土磚、黏土格子磚、高鋁磚、高強(qiáng)隔熱磚、缸磚和漂珠磚等，耐火材料用量約 2． 6 萬 t /座; 炭化室全長 17 640 mm，全高 6 980 mm，平均寬 500 mm，錐度50 mm。
烘爐是指將焦?fàn)t由常溫升溫到正常加熱或裝煤時溫度的操作過程［1］。焦?fàn)t負(fù)壓烘爐方法是利用焦?fàn)t煙囪提前升溫，由熱空氣浮力所產(chǎn)生的吸力將烘爐火床的熱氣通過炭化室、燃燒室、蓄熱室、煙道后由煙囪排出。同時為了盡快排出耐材水分，防止結(jié)露，采用大吸力、大熱氣量及大空燃比。一般在200 ～ 250 ℃ 之前看火孔壓力為負(fù)壓。焦?fàn)t正壓烘爐方法是利用專門的空氣供給系統(tǒng)和燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，通過向炭化室內(nèi)不斷鼓入熱氣，使全爐在整個烘爐過程中保持正壓，推動熱氣流經(jīng)炭化室、燃燒室、蓄熱室、煙道等部位后從煙囪排出，使焦?fàn)t升溫至正常加熱或裝煤溫度［2］。
梅鋼 2 種烘爐采用了不同的實施方式，其中負(fù)壓烘爐采用的是租借中冶焦耐熱工站測溫等關(guān)鍵設(shè)備的形式，而正壓烘爐采用中冶焦耐總包形式。
2 烘爐設(shè)施整體布置
采用負(fù)壓烘爐，煙氣的流動動力來源于煙囪提前烘熱后產(chǎn)生的熱浮力，炭化室內(nèi)由煤氣燃燒的熱煙氣經(jīng)過噴嘴及火床再經(jīng)過炭化室上部的烘爐孔進(jìn)入燃燒室。若單側(cè)烘爐，則另一側(cè)下部存在氣體流動的緩動區(qū)( 相對于熱煙氣流) ，吸力越大，熱氣流短路越嚴(yán)重。若是非加熱一側(cè)爐門密封不夠嚴(yán)密，更會造成“冷區(qū)”。因此，為了使?fàn)t體受熱均勻，采用負(fù)壓烘爐必須機(jī)焦側(cè)兩側(cè)布置，每個炭化室爐門的烘爐孔均要利用，形成機(jī)焦兩側(cè)加熱的“U”型布局。 正壓烘爐則正好克服了負(fù)壓烘爐的這種弊端，可以單側(cè)“L”型布置，可縮小煤氣區(qū)域，降低安全風(fēng)險。由于正壓烘爐是利用外部的動能給予熱煙氣流動能推動氣體流動，非加熱側(cè)的炭化室下部氣體流動擾動加劇，溫度分布相對均勻，在爐體烘爐控制溫度范圍之內(nèi)。若是非加熱側(cè)爐門密封未達(dá)到嚴(yán)密狀態(tài)，也不會影響烘爐，并可及時發(fā)現(xiàn)缺陷，從而調(diào)整爐門進(jìn)行密封。梅鋼采取的具體實施過程與通過廢氣翻板全關(guān)閉進(jìn)行憋壓的正壓烘爐不同，可同時借助煙囪的熱浮力。但負(fù)壓烘爐方式更加依賴于煙囪，否則會出現(xiàn)炭化室燒嘴火焰向外噴［3］。梅鋼采取交換開閉器廢氣砣支起方式，廢氣翻板設(shè)置開度為 1 /4 ～ 1 /2，同時維持分煙道壓力為－30 ～－60Pa。
烘爐期間 2 種烘爐方式在焦?fàn)t爐體的測溫監(jiān)控點方面保持一致。具體測溫點為: 機(jī)焦側(cè)分煙道各1 點，篦子磚機(jī)焦側(cè)各 13 點，蓄熱室機(jī)焦側(cè)各 13 點，抵抗墻端臺、間臺各 4 點，燃燒室機(jī)焦側(cè)各 119 點，共計 300 點位。
3 烘爐資材
常規(guī)負(fù)壓烘爐的噴嘴要深入至炭化室內(nèi)部，為了防止燃?xì)饣鹧嬷苯雍婵咎炕覡t墻，造成局部高溫影響耐材，需要砌筑火床。火床所用資材如表 1 所示。
正壓烘爐由于改進(jìn)了烘爐噴嘴，燃燒基本在噴嘴內(nèi)，熱煙氣通過噴嘴及機(jī)焦側(cè)爐門烘爐孔進(jìn)入炭化室，一般不需要在炭化室內(nèi)部砌筑烘爐火床。但具體實施時在爐門近側(cè)壁貼陶瓷纖維氈，更加確保了烘爐安全性。
4 自動控制
從基本原理來看，只要能實時調(diào)控煤氣流量( 壓力) 與空氣流量( 壓力) ，正壓烘爐和負(fù)壓烘爐均能實現(xiàn)燃燒的自動控制，加上爐溫的實時反饋借助于已有的控制模型就可以實現(xiàn)全自動控制。但在實際應(yīng)用中，負(fù)壓烘爐僅能實現(xiàn)半自動控制。這是由于負(fù)壓烘爐工藝除了焦?fàn)t間臺、端臺抵抗墻的機(jī)焦側(cè)外，煤氣支管控制閥門數(shù)量為正壓烘爐的 1 倍，系統(tǒng)投入較大，所以一般通過控制機(jī)焦側(cè)總管煤氣流量( 壓力) 來實現(xiàn)對整體爐溫的控制。
每個炭化室單個噴嘴的煤氣控制可通過支管煤氣流量孔板及手動閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。而空氣量的調(diào)節(jié)在烘爐初期是通過使用燃燒器管子上面的帶狀空氣口調(diào)節(jié)，中后期使用爐門烘爐孔上面的扇形孔調(diào)節(jié)。烘爐初期因煤氣用量小，燃燒器容易滅火，每日人工調(diào)節(jié)的工作量相對較大。由于煤氣量前期小，后期較大，當(dāng)機(jī)焦側(cè)煤氣壓力升高到一定程度，升溫困難時，支管流量孔板需要進(jìn)行更換，總共更換了 Φ 5 mm、 Φ8 mm、Φ13 mm、Φ20 mm 共 4 套孔板。 正壓烘爐采用風(fēng)機(jī)配風(fēng)，強(qiáng)制鼓風(fēng)，2 個炭化室共用 1 組控制箱，可以對每個炭化室的煤氣流量進(jìn)行單獨調(diào)節(jié)，對 1 組炭化室的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過風(fēng)量的自動控制，可減少負(fù)壓烘爐對風(fēng)門手動調(diào)節(jié)的工作量，同時也能精確控制空燃比，抗風(fēng)能力進(jìn)一步增強(qiáng)。煤氣的流量控制實現(xiàn)了溫度的精確控制，使得升溫曲線更加符合預(yù)設(shè)。
正壓烘爐設(shè)置了火焰溫度檢測，可以實時監(jiān)控噴嘴燃燒狀況，避免了負(fù)壓烘爐火焰意外熄滅不能及時發(fā)現(xiàn)而出現(xiàn)的安全風(fēng)險。同時可進(jìn)行故障警報、自動緊急停機(jī)、自動點火等應(yīng)急操作，極大地提高了烘爐的安全性和穩(wěn)定性。正壓烘爐自動控制系統(tǒng)示意圖見圖 1。
由于全自動技術(shù)的應(yīng)用，正壓烘爐方式下工作量大幅減少，配置人員也比負(fù)壓烘爐減少一半，但對于供配電及操作人員要求較高。
5 烘爐效果
烘爐升溫期的確定是根據(jù)焦?fàn)t燃燒室、斜道區(qū)、蓄熱室分別取硅磚最大用量的 3 個磚號進(jìn)行膨脹檢驗數(shù)據(jù)計算所得。梅鋼負(fù)壓烘爐時升溫期采用最大日安全膨脹率 0． 03% 計算而得，至加煤投產(chǎn)共計81 天。正壓烘爐時升溫期采用最大日安全膨脹率0． 05% 計算而得，至加煤投產(chǎn)共計 50 天。主要是由于負(fù)壓烘爐為新爐體且在冬季，正壓烘爐時為二次啟動爐且在夏季。
烘爐溫度控制允許波動范圍見表 2。實踐中提升了管控要求，按照 85% 及 95% 進(jìn)行合格及優(yōu)秀考評，2 種烘爐方式也均達(dá)到優(yōu)秀。
6 扒火床
負(fù)壓烘爐時，當(dāng)爐溫達(dá)到 1 000 ℃ 以上時進(jìn)行扒火床工作( 結(jié)合堵干燥孔進(jìn)行) 。梅鋼 7 m 焦?fàn)t炭化室底與操作平臺的相對高度近 1． 5 m，環(huán)境空間狹小，溫度高，同時為避免爐溫下降過多需連續(xù)進(jìn)行［4］。原則上每爐操作時間不得超過 15 min，為高強(qiáng)度作業(yè)，需要做好安全防護(hù)并保證人力富余，人員組織見表 3。而采用正壓烘爐時，扒火床組只需設(shè)置進(jìn)行陶瓷纖維氈處置的少量人員即可。
扒火床時無法有效利用現(xiàn)有的除塵設(shè)施及機(jī)械設(shè)備，特別是高溫下及時處置火床的定型耐材及石英砂等散料成為難點。用水霧抑塵則現(xiàn)場蒸汽彌漫，影響操作人員視線，不利于安全。正壓烘爐在此方面具有絕對優(yōu)勢。
7 結(jié)語
梅鋼 7 m 焦?fàn)t先后采用負(fù)壓烘爐和正壓烘爐，正壓烘爐體現(xiàn)出多種優(yōu)勢。通過正壓烘爐方式，自動檢測及計算機(jī)控制得到全面應(yīng)用，人員效率提升顯著，同時大幅節(jié)約了烘爐管道及耐火材料，特別是扒火床等涉及高危安全及環(huán)境污染風(fēng)險的作業(yè)得到根本性改變。
參考文獻(xiàn)
［1］ 于振東，鄭文華． 現(xiàn)代焦化生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2010: 331，354．
［2］ 國家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄( 2019) ［S］． 工業(yè)和信息化部，2019: 28．
［3］ 史興民，付獻(xiàn)勇． 7 m 大型焦?fàn)t烘爐技術(shù)［J］． 河北冶金，2016 ( 9) : 33 －35．
［4］ 向英溫，李靜安． 煉焦?fàn)t的特殊操作: 烘爐、開工、悶爐和冷爐［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2001: 144 －145．